La scoperta di nanostrutture di carbonio come il grafene bidimensionale e i buckyball a forma di pallone da calcio ha contribuito a lanciare una rivoluzione nel campo delle nanotecnologie. Negli ultimi anni, ricercatori della Brown University e altrove hanno dimostrato che il boro, vicino del carbonio sulla tavola periodica, può creare anche nanostrutture interessanti, compreso il borofene bidimensionale e una struttura a gabbia cava simile a un buckyball chiamata borospherene.

Ora, i ricercatori della Brown e della Tsinghua University hanno aggiunto alla lista un'altra nanostruttura di boro. In un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura , mostrano che gruppi di 18 atomi di boro e tre atomi di elementi lantanidi formano una bizzarra struttura a gabbia diversa da qualsiasi cosa abbiano mai visto.

"Questo non è il tipo di struttura che ti aspetti di vedere in chimica, " ha detto Lai-Sheng Wang, un professore di chimica alla Brown e autore senior dello studio. "Quando abbiamo scritto il documento abbiamo fatto davvero fatica a descriverlo. È fondamentalmente un triedro sferico. Normalmente non puoi avere una struttura tridimensionale chiusa con solo tre lati, ma poiché è sferico, Funziona."

I ricercatori sperano che la nanostruttura possa far luce sulla struttura di massa e sul comportamento del legame chimico dei lantanidi di boro, un'importante classe di materiali ampiamente utilizzati nell'elettronica e in altre applicazioni. Anche la nanostruttura di per sé può avere proprietà interessanti, dicono i ricercatori.

"Gli elementi lantanidi sono importanti materiali magnetici, ciascuno con momenti magnetici molto diversi, " Disse Wang. "Pensiamo che uno qualsiasi dei lantanidi creerà questa struttura, quindi potrebbero avere proprietà magnetiche molto interessanti."

Wang e i suoi studenti hanno creato gli ammassi lantanidi-boro focalizzando un potente laser su un bersaglio solido composto da una miscela di boro e un elemento lantanide. I cluster si formano al raffreddamento degli atomi vaporizzati. Quindi hanno usato una tecnica chiamata spettroscopia fotoelettronica per studiare le proprietà elettroniche dei cluster. La tecnica prevede lo zapping di gruppi di atomi con un altro laser ad alta potenza. Ogni zap fa uscire un elettrone dall'ammasso. Misurando le energie cinetiche di quegli elettroni liberati, i ricercatori possono creare uno spettro di energie di legame per gli elettroni che legano insieme il cluster.

"Quando vediamo un semplice, bellissimo spettro, sappiamo che c'è una bellissima struttura dietro, "Ha detto Wang.

Per capire che aspetto ha quella struttura, Wang ha confrontato gli spettri dei fotoelettroni con i calcoli teorici fatti dal professor Jun Li e dai suoi studenti di Tsinghua. Una volta trovata una struttura teorica con uno spettro vincolante che corrisponda all'esperimento, sanno di aver trovato la struttura giusta.

"Questa struttura era qualcosa che non avremmo mai previsto, "Ha detto Wang. "Questo è il valore della combinazione di calcoli teorici con dati sperimentali".

Wang e i suoi colleghi hanno soprannominato le nuove strutture metallo-borospherenes, e sperano che ulteriori ricerche rivelino le loro proprietà.